三轴六自由度振动试验系统控制研究

发布时间：2017-08-20 02:13

  本文关键词：三轴六自由度振动试验系统控制研究

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【摘要】：本文主要是基于多输入多输出振动控制理论,对三轴六自由度振动试验系统的控制方法进行研究。该系统由八个激振单元驱动,实现沿三个正交轴向平动振动以及绕三个正交轴向转动振动。三个平动振动和三个转动振动构成了复杂的三轴六自由度振动环境。本文具体工作如下:以多输入多输出振动控制基本理论为基础,研究了三轴六自由度振动环境试验中响应的测量方法以及六自由度坐标变换的一般方程。总结了三种控制方法,建立了三轴六自由度试验中通过坐标变换进行控制的基本流程。对刚性台面三轴六自由度振动试验系统进行了研究,建立了系统的动力学方程。采用MATLAB语言编写了程序,运用三轴六自由度坐标变换控制法进行了控制过程模拟,结果显示台面上指定点处的六自由度响应能够满足预期目标,证明了本文提出的控制方法在台面为刚性时的正确性。在之前建立的刚性台面模型的基础上,本文研究了各自由度之间的相关性问题,给出了相干系数的设置方法。进一步讨论了在有测量噪声的情况下,如何合理地布置传感器,使得噪声对控制效果的影响最小。对弹性台面三轴六自由度振动试验系统进行了研究,结合有限元法,建立了系统的动力学模型。对弹性台面三轴六自由度振动试验系统的控制方法进行了研究,提出了一种多点控制方案。理论推导和仿真模拟表明,当各个测点坐标满足一定条件时,能实现对台面各点更加有效控制,改善控制效果。采用NI LabVIEW语言编制了控制软件,结合NI PXI硬件系统,在小型三轴向电动式振动台上进行了试验,对所提的控制算法进行了验证。在大型单轴向振动台上进行了试验,证明了针对柔性台面所提的多点控制法的有效性。
【关键词】：振动环境试验 多输入多输出 随机振动 振动控制 坐标变换
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V216.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 研究背景与意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-19
• 第二章 三轴六自由度振动试验系统控制基本原理19-31
• 2.1 三轴六自由度振动环境的测量19-21
• 2.1.1 三轴六自由度振动试验环境测量的基本原理19
• 2.1.2 六自由度坐标变换技术19-21
• 2.1.3 六自由度坐标变换方程的一般形式21
• 2.2 MIMO随机振动试验控制理论21-29
• 2.2.1 随机振动的基本概念21-23
• 2.2.2 多输入多输出系统模型23
• 2.2.3 MIMO系统频响函数的估计23-24
• 2.2.4 随机驱动信号的生成24-27
• 2.2.5 控制算法27-29
• 2.3 MIMO随机振动控制方式及六自由度控制的优势29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 三轴六自由度刚性台面系统仿真控制研究31-54
• 3.1 系统模型的建立31-42
• 3.1.1 系统的刚度矩阵与阻尼矩阵32-35
• 3.1.2 系统的质量矩阵35-37
• 3.1.3 系统的振动方程37-38
• 3.1.4 模型的仿真控制38-42
• 3.2 传感器布置优化42-48
• 3.2.1 坐标变换矩阵的扰动分析42-43
• 3.2.2 坐标变换矩阵的条件数分析43-45
• 3.2.3 传感器位置选择45-46
• 3.2.4 模型的仿真控制46-48
• 3.3 系统六自由度相干性研究48-52
• 3.3.1 相关性和相干性的基本概念48-49
• 3.3.2 系统六个自由度之间的相关性49-51
• 3.3.3 三轴六自由度系统的相干系数设置及仿真控制51-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第四章 三轴六自由度弹性台面系统仿真控制研究54-70
• 4.1 系统固有特性的计算54-56
• 4.1.1 系统模型的建立54-55
• 4.1.2 系统的固有频率及固有振型55-56
• 4.2 弹性台面的单点控制56-59
• 4.2.1 刚性模型对弹性模型的适用性56-57
• 4.2.2 有限元模型的频响函数估计57-58
• 4.2.3 台面的单点控制效果58-59
• 4.3 弹性台面的多点控制59-69
• 4.3.1 弹性台面单点控制时的问题60
• 4.3.2 弹性台面多传感器布置方案60-63
• 4.3.3 台面的多点控制效果63-68
• 4.3.4 通过调整各个点权值优化控制效果68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 试验研究70-87
• 5.1 三轴向振动台控制研究70-79
• 5.1.1 Lab VIEW程序编写及硬件设置70-72
• 5.1.2 试验仪器设备72-73
• 5.1.3 频响函数的测量73-76
• 5.1.4 驱动信号生成76
• 5.1.5 试验结果76-79
• 5.2 振动台多点控制研究79-86
• 5.2.1 试验仪器设备80-81
• 5.2.2 试验数据记录81-83
• 5.2.3 试验结果与分析83-86
• 5.3 本章小结86-87
• 第六章 总结与展望87-89
• 6.1 本文的主要工作及贡献87-88
• 6.2 后续工作与展望88-89
• 参考文献89-92
• 致谢92

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本文编号：704114